陶瓷/液舱复合结构抗侵彻数值分析

仲强 侯海量 朱锡 李典

仲强, 侯海量, 朱锡, 李典. 陶瓷/液舱复合结构抗侵彻数值分析[J]. 爆炸与冲击, 2017, 37(3): 510-519. doi: 10.11883/1001-1455(2017)03-0510-10
引用本文: 仲强, 侯海量, 朱锡, 李典. 陶瓷/液舱复合结构抗侵彻数值分析[J]. 爆炸与冲击, 2017, 37(3): 510-519. doi: 10.11883/1001-1455(2017)03-0510-10
Zhong Qiang, Hou Hailiang, Zhu Xi, Li Dian. Numerical analysis of penetration resistance of ceramic/fluid cabin composite structure[J]. Explosion And Shock Waves, 2017, 37(3): 510-519. doi: 10.11883/1001-1455(2017)03-0510-10
Citation: Zhong Qiang, Hou Hailiang, Zhu Xi, Li Dian. Numerical analysis of penetration resistance of ceramic/fluid cabin composite structure[J]. Explosion And Shock Waves, 2017, 37(3): 510-519. doi: 10.11883/1001-1455(2017)03-0510-10

陶瓷/液舱复合结构抗侵彻数值分析

doi: 10.11883/1001-1455(2017)03-0510-10
基金项目: 

国家自然科学基金项目 51209211

详细信息
    作者简介:

    仲强 (1990-),男,硕士研究生

    通讯作者:

    侯海量,hou9611104@163.com

  • 中图分类号: O381

Numerical analysis of penetration resistance of ceramic/fluid cabin composite structure

  • 摘要: 为研究陶瓷/液舱复合结构抗侵彻机理,在前期弹道冲击实验结果基础上,运用LS-DYNA进行了数值模拟,再现了陶瓷/液舱复合结构在弹体冲击下的破坏过程和破坏模式,得到与实验一致的结果。结果表明:弹体撞击结构后,结构内产生的冲击波以撞击处为圆心、以球形向前传播,并在结构内来回反射振荡;弹体在水中运动时,水中形成空泡且不断扩展,弹体头部水域形成高压区域;弹体发生墩粗和侵蚀破坏,在低速冲击下,弹体破坏主要发生在穿透陶瓷和前面板过程中,在高速冲击下,弹体破坏主要发生在水中运动阶段,最终形成类似“饼状”的严重变形;前、后面板发生局部破坏和整体变形,在高速弹体撞击下,后面板将发生花瓣开裂。
  • 图  1  复合结构模型设计

    Figure  1.  Design of composite structure model

    图  2  实验装置示意图

    Figure  2.  Experimental set

    图  3  两种结构的1/2计算模型示意图

    Figure  3.  1/2 calculated models of 2 kinds of structures

    图  4  水域和空气域网格

    Figure  4.  Mesh of the water and air

    图  5  1/2弹体网格示意图

    Figure  5.  Mesh of 1/2 projectile

    图  6  1/2钢面板网格示意图

    Figure  6.  Mesh of 1/2 steel plate

    图  7  实验9的破坏过程图

    Figure  7.  Failure process of No.9 experiment

    图  8  数值计算后的弹体变形破坏

    Figure  8.  Deformation failure of projectiles after numerical calculation

    图  9  弹体侵彻3c2s-4s结构过程中剩余长度lr和动能Ek曲线

    Figure  9.  Curves of remaining length lr and kinetic energy Ek of projectile in the process of penetrating 3c2s-4s fluid cabin structure

    图  10  773.6m/s(2s-4s)前、后面板破坏变形

    Figure  10.  Deformation of front and back plates at 773.6m/s(2s-4s)

    图  11  990m/s (3c2s-4s)前后前、后面板破坏变形

    Figure  11.  Deformation of front and back plates under at 990m/s (3c2s-4s)

    图  12  1200m/s (3c2s-4s)前、后面板破坏变形

    Figure  12.  Deformation of front and back plates at 1200m/s (3c2s-4s)

    图  13  1800m/s (3c2s-4s)前、后面板破坏变形

    Figure  13.  Deformation of front and back plates at 1800m/s (3c2s-4s)

    图  14  前、后面板位移分布

    Figure  14.  Distribution of displacement of front and back panels

    图  15  前后面板变形能变化曲线

    Figure  15.  Deformation energy curves of front and back plates

    表  1  实验类型以及组合形式和相关参数

    Table  1.   Experiment types, combining forms and related parameters

    实验编号 类型 组合形式 约束覆板厚度/mm 陶瓷厚度/mm 前面板厚度/mm 后面板厚度/mm
    1~3 1s-5s - - 1 5
    4~6 2s-4s - - 2 4
    7~8 4s-2s - - 4 2
    9~13 3c2s-4s - 3 2 4
    14 5c2s-4s - 5 2 4
    15~16 1s3c1s-4s 1 3 1 4
    17 1s3c1s-4s 1 5 1 4
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    表  2  弹体的材料参数

    Table  2.   Material parameters of projectile

    G/GPa A1/MPa B1/MPa n C1 m D1 CV/(J·kg·K-1) Tm/K T0/K
    80.8 335 350 0.782 0.0483 0.804 0.8 477 1793 300
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    表  3  液舱结构的材料参数

    Table  3.   Material parameters of water-filled structure

    σ0/MPa Eh/MPa n D/s-1 εf
    235 250 5 40.4 0.28
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    表  4  水和空气的材料参数

    Table  4.   Material parameters of water and air

    材料 ρ0/(kg·m-3) c/(m·s-1) S1 S2 S3 γ0 a C4 C5 E0/(kJ·m-3)
    1000 1448 1.979 0 0 0.11 3 - - 0
    空气 1.22 - - - - - - 0.4 0.4 253
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    表  5  陶瓷的材料参数

    Table  5.   Material parameters of ceramic

    ρ0/(g·cm-3) A2/GPa B2/GPa C2/GPa M N T/GPa σH/GPa
    3.89 0.88 0.50 0 0.6 0.64 0.35 6.5
    pH/GPa ${{\dot \varepsilon }_0}$/s-1 β D1 D2 K1/GPa K2/GPa K3/GPa Fs
    3.48 1.0 1.0 0.13 1 230.1 -160 2373 1.0
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    表  6  计算值与实验值的比较

    Table  6.   Comparison of calculating values and experimental values

    实验编号 组合形式 初始速度/(m·s-1) 实验剩余速度/(m·s-1) 计算剩余速度/(m·s-1) 剩余速度偏差率/% 实验剩余长度/mm 计算剩余长度/mm 剩余长度偏差率/%
    1 1s-5s 792.4 300.6 300 -0.2 17.8 17.5 -1.7
    2 1s-5s 958.2 390.6 379 -3.0 - 16.4 -
    3 1s-5s 1068.0 440.9 408 -7.5 - 15.8 -
    4 2s-4s 966.8 425.0 348 -18.1 - 16.4 -
    5 2s-4s 773.6 294.3 294 -0.1 17.4 17.1 -1.7
    6 2s-4s 954.0 332.2 345 3.9 - 16.5 -
    7 4s-2s 792.6 321.7 348 8.4 18.5 17.3 -6.4
    8 4s-2s 996.2 490.1 447 -8.8 - 16.3 -
    9 3c2s-4s 862.9 257.6 248 -3.7 16.6 15.4 -7.2
    10 3c2s-4s 953.7 344.9 336 -2.6 16.5 16.0 -3.0
    11 3c2s-4s 990.0 330.0 359 8.8 - 16.2 -
    12 3c2s-4s - - - - - - -
    13 3c2s-4s 1014.0 360.7 395 9.5 15.0 15.9 0.6
    14 5c2s-4s 1030.9 304.4 326 7.2 14.5 15.7 8.3
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出版历程
  • 收稿日期:  2015-08-14
  • 修回日期:  2015-11-18
  • 刊出日期:  2017-05-25

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